biotechnology 2012-03

70
Методы работы с ДНК ПЦР Рестрикция

Upload: bioinformaticsinstitute

Post on 14-Jun-2015

169 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Biotechnology 2012-03

Методы работы с ДНК

ПЦР

Рестрикция

Рестрикция ДНК

- Разрезание молекулы ДНК в определенной последовательности

Рестриктазы1 Узнают определенные

последовательности в ДНК

2 Разрезают молекулу ДНК в определенных местах

Рестрикция ДНК

Рестриктазы(обнаружено несколько тысяч)

Образуются laquoлипкиеraquo или laquoтупыеraquo концы

Type IIR

Рестриктазы Type II

Еще есть Type I и Type III

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 2: Biotechnology 2012-03

Рестрикция ДНК

- Разрезание молекулы ДНК в определенной последовательности

Рестриктазы1 Узнают определенные

последовательности в ДНК

2 Разрезают молекулу ДНК в определенных местах

Рестрикция ДНК

Рестриктазы(обнаружено несколько тысяч)

Образуются laquoлипкиеraquo или laquoтупыеraquo концы

Type IIR

Рестриктазы Type II

Еще есть Type I и Type III

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 3: Biotechnology 2012-03

Рестрикция ДНК

Рестриктазы(обнаружено несколько тысяч)

Образуются laquoлипкиеraquo или laquoтупыеraquo концы

Type IIR

Рестриктазы Type II

Еще есть Type I и Type III

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 4: Biotechnology 2012-03

Рестриктазы(обнаружено несколько тысяч)

Образуются laquoлипкиеraquo или laquoтупыеraquo концы

Type IIR

Рестриктазы Type II

Еще есть Type I и Type III

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 5: Biotechnology 2012-03

Рестриктазы Type II

Еще есть Type I и Type III

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 6: Biotechnology 2012-03

Частота встречаемости сайтов рестрикции

RsaI (four-base cutter)

EcoRI (six-base cutter)

NotI (eight-base cutter)

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 7: Biotechnology 2012-03

Рестрикционные карты

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 8: Biotechnology 2012-03

Подходы к изучению специфичных последовательностей ДНК

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 9: Biotechnology 2012-03

Синтез ДНК in vitro

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 10: Biotechnology 2012-03

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)Polymerase chain reaction (PCR)

1983 г Кэри Муллис

ndash метод позволяющий избирательно синтезировать большие количества

определённых фрагментов ДНК

bull laquoПолимеразнаяraquo - используется фермент ДНК-полимеразаbull laquoЦепнаяraquo - состоит из повторяющихся циклов количество ДНК с каждым циклом увеличивается в геометрической прогрессии

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 11: Biotechnology 2012-03

ПЦР

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 12: Biotechnology 2012-03

ПЦР

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 13: Biotechnology 2012-03

Компоненты ПЦР

ПраймерыОпределяют амплифицируемый участокСлужат laquoзатравкойraquo для синтеза ДНК

dNTP laquoСтроительный материалraquo

KClМоновалентные катион необходим для оптимальной гибридизации праймеров

Tris Поддержание оптимального для ферментативной реакции рН

MgCl2 Бивалентный катион необходим для работы фермента

Полимераза Осуществляет синтез ДНК

Матрица Анализируемый образец ДНК

Буф

ер

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 14: Biotechnology 2012-03

Этапы ПЦРПредварительная денатурация

~950C 1-10 мин

25-50 циклов

Денатурация ~950C 10-60 сек

Отжиг 50-700C 10-60 сек

Элонгация 68-720C 10-180 сек

Финальная элонгация

68-720C 7-10 мин

График диссоциации праймера

Cds ndash концентрация гибридизованного праймера

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 15: Biotechnology 2012-03

Полимераза

5`-3` полимеразная активность

Полимераза Процессивность Активности

Taq

(Thermus aquaticus)3-5 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

Pfu

(Pyrococcus furiosus)1-2 тпн

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

3rarr5 экзонуклеазная

Tth

(Thermus thermophilus)

3-5 тпн

(800 пн для

ревертазной активности)

5rarr3 полимеразная

5rarr3 экзонуклеазная

5rarr3 ревертазная

Pwo

(Pyrococcus woesei)3 тпн

5rarr3 полимеразная

3rarr5 экзонуклеазная

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 16: Biotechnology 2012-03

Полимераза

5`-3` экзонуклеазная активность

3`-5` экзонуклеазная активность

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 17: Biotechnology 2012-03

Стадии ПЦР

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 18: Biotechnology 2012-03

Амплификаторы

Термостатированиеbull твёрдый термоблок (элемент Пельтье)bull жидкостьbull поток воздуха

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 19: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР

Получение материала

bull амплификация ДНК

Получение информации

bull поиск ДНК

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 20: Biotechnology 2012-03

Клонирование ДНК и кДНК

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 21: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism

ПДРФ ndash Полиморфизм Длин Рестрикционных Фрагментов

Серповидноклеточная анемия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 22: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Болезнь Хантингтона

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 23: Biotechnology 2012-03

ДНК-дактилоскопия

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 24: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР для диагностики генетических нарушений

Анализ делеций Анализ транслокаций

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 25: Biotechnology 2012-03

Разновидности ПЦР

bull Hot-start PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Touch-down PCR ndash для повышения специфичности реакции

bull Allele-specific PCR ndash для выявления однонуклеотидных различий

bull RT-PCR (reverse transcriptase PCR) ndash для амплификации РНК

bull Asymmetric PCR ndash для получения одноцепочечного продукта ДНК

bull Real-time PCR qPCR

bull Inverse PCR ndash если известна небольшая последовательность внутри амплифицируемого участка

bull Nested PCR ndash две последовательные реакции (для повышения чувствительности и специфичности)

bull PCR mutagenesis ndash две направленного внесения замен в последовательность

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 26: Biotechnology 2012-03

Allele-specific PCR- анализ однонуклеотидных полиморфизмов

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 27: Biotechnology 2012-03

Inverse PCR- исследование фланкирующих областей

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 28: Biotechnology 2012-03

Asymmetric PCR- наработка одноцепочечного продукта

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 29: Biotechnology 2012-03

Nested PCR- уменьшение числа побочных продуктов реакции

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 30: Biotechnology 2012-03

PCR mutagenesis

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 31: Biotechnology 2012-03

Сайт-специфический мутагенез

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 32: Biotechnology 2012-03

ПЦР для клонирования в вектор

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 33: Biotechnology 2012-03

ПЦР в реальном времени(Real-time PCR)

bull одновременная амплификация и измерение количества продукта

bull наличие флюоресцентного красителя в смеси

bull наличие оптического блока в амплификаторе

линейный lg

33

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 34: Biotechnology 2012-03

Системы детекции

1 Неспецифичные

ndash интеркалирующие красители (SYBR Green и др)

2 Специфичные

ndash линейные разрушаемые пробы (TaqMan)

ndash laquoмолекулярные маячкиraquo (beacons)

ndash примыкающие пробы

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 35: Biotechnology 2012-03

SYBR Green

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 36: Biotechnology 2012-03

Метод TaqMan(линейные разрушаемые зонды)

флуоресцентные зонды и гашение флуоресценции

флуоресцентный

краситель

гаситель

флуоресценции

зонд

специфический фрагмент ДНК

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 37: Biotechnology 2012-03

FRET ndash Fluorescence Resonance Energy TransferРезонансный перенос энергии флуоресценции

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 38: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 39: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 40: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 41: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 42: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 43: Biotechnology 2012-03

Принцип метода TaqMan

bull 5`-3` экзонуклеазная активность Taq-полимеразы

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 44: Biotechnology 2012-03

bull нет участка для посадки праймера ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 45: Biotechnology 2012-03

bull нет участка для посадки зонда ndash нет сигнала

Принцип метода TaqMan

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 46: Biotechnology 2012-03

Линейные разрушаемые пробы(TaqMan = Taq-polymerase + Pac-Man)

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 47: Biotechnology 2012-03

laquoМолекулярные маячкиraquo(molecular beacons)

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 48: Biotechnology 2012-03

Примыкающие пробы

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 49: Biotechnology 2012-03

Флюорофоры и гасители флюоресценции

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 50: Biotechnology 2012-03

Представление результатов ПЦР в реальном времени

линейный lg

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 51: Biotechnology 2012-03

Денатурация

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 52: Biotechnology 2012-03

Плавление после ПЦР

обратная производная

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 53: Biotechnology 2012-03

Плавление после ПЦР

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 54: Biotechnology 2012-03

Виды ПЦР-анализа

Качественный анализ

Сравнительный анализ

(полуколичественный)

Количественный анализ

есть нет

больше меньше Х раз

лечение

10 000 копий 1000 копий

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 55: Biotechnology 2012-03

Количественная ПЦР (qPCR)

bull Подсчёт числа копий генов

bull Анализ представленности транскриптов

bull Оценка инфекционной нагрузки

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 56: Biotechnology 2012-03

Количественная ПЦР

серия 10-кратных разведений

threshold ndash пороговая флюоресценцияCt ndash пороговый цикл

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 57: Biotechnology 2012-03

Преимущества Real-time PCR

bull возможность как качественной так и количественной оценки исходной матрицы

bull отсутствие манипуляций после проведения ПЦР (электрофорез)

bull большая чувствительность (от единичных копий) и специфичность

bull большой динамический диапазон концентраций (порядка 10^7)

bull возможность постановки Multiplex анализа

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 58: Biotechnology 2012-03

1 Научные исследования

ndash амплификация ДНК для гибридизации (блоттинг микрочипы)

ndash амплификация ДНК для секвенирования

ndash клонирование геномной ДНК кДНК

ndash филогенетическое сравнение геномов

ndash генетическое картирование

ndash анализ уровня транскрипции

Применение ПЦР

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 59: Biotechnology 2012-03

2 Медицина

ndash генетическое тестирование

ndash типирование тканей (для трансплантации)

ndash тестирование мутаций в онкогенах

ndash диагностика инфекций

3 Судебная медицина

ndash ДНК-дактилоскопия

ndash установление родства

4 Анализ пищевых продуктов детекция ГМО

Применение ПЦР

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 60: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР

Залог успеха ПЦР

bull высокая чувствительность

bull высокая специфичность

bull высокая устойчивость

bull низкая стоимость быстрота

Получение информации

bull анализ уровня транскрипции

bull ДНК-диагностика

bull генотипирование

Получение материала

bull клонирование ДНК

bull мутагенез

bull секвенирование

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 61: Biotechnology 2012-03

N

N

О

О

Н

Н

Н

N

N

О

О

Н

Н

С

НН

Н

ОН

ОCH2

ОP

О

Оndash

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Х

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

Тимин

(типичен

для ДНК)

Урацил

(типичен

для РНК)

Х = урацил

дезоксиуридинтрифосфат (dUTP) ndash может быть встроен в

растущую цепь как и dTTP не нарушает комплементарности

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 62: Biotechnology 2012-03

N

N

О

О

Н

Н

Н

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 63: Biotechnology 2012-03

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

UDG 45-550С

AP-сайт

1) Урацил ДНК-гликозилаза присутствующая в ПЦР-смеси отщепляет урацил от цепи ДНК оставляя тн АР-сайт

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 64: Biotechnology 2012-03

О-

ОCH2

ОP

О

Оndash

О-

3`

4`

5`

2`

1`

Н

Использование UDG ndash метод борьбы с контаминацией продуктами ПЦР

2) При нагревании до 950С UDG инактивируется а AP-сайты расщепляются в результате урацил-содержащая ДНК попавшая в пробирку до начала ПЦР деградирует3) Проводится обычная ПЦР реакционная смесь очищена от продуктов предыдущей амплификации

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 65: Biotechnology 2012-03

Digital PCR (dPCR)

65

R

PM 1ln М ndash среднее количество целевой ДНК на сегмент реакции (на основе

распределения Пуассона)Р ndash доля сегментов содержащих ПЦР-продуктR ndash общее кол-во проанализированных сегментов

Лимитирующие факторы dPCR

bull Количество сегментов реакции

bull Концентрация целевой ДНК в анализируемом образце

bull Реакционный объѐм

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 66: Biotechnology 2012-03

Коммерчески доступные системы реализующие dPCR

66

Fluidigm - технология микрофлюидных чипов

Bio-Rad (QuantaLife) -dPCR в суспензии

(Digital Droplet PCR)

Life Technologies

dPCR в платах OpenArrayreg

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 67: Biotechnology 2012-03

Подготовка образцов

(смешивание ДНК и ПЦР-реагентов)

Создание капель (Droplet Generator)

АмплификацияРегистрация и

анализ результатов

Digital droplet PCR (ddPCR)

bull QX100 Droplet Digital PCR System

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 68: Biotechnology 2012-03

Сравнение с Real-Time PCR

68

Digital PCR a powerful new tool for noninvasive prenatal diagnosis Bernhard G Zimmermann Simon Grill Wolfgang Holzgreve Prenat Diagn 2008 28 1087ndash1093

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 69: Biotechnology 2012-03

Применение ПЦР в NGS

69

Спасибо за внимание

Page 70: Biotechnology 2012-03

Спасибо за внимание